NO853288L - Fluidum/fluidumseparatorer. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører fluidum/fluidum-separatorer, og særlig, dog ikke utelukkende olje/gass-separatorer. Separatorer ifølge denne oppfinnelse kan anvendes for å separere olje fra gass ved høyt trykk slik som ved brønnhodet i en oljebrønn.

Britisk patentsøknad nr. 8217798 (2101496) beskrev en olje/gass-separatoranordning for montering ved et oljebrønn-hode og med en sylindrisk perforert eller hullet hylse som omgir en kjerne som har skruelinjete utvendige kanaler. En olje/gassblanding strømmer gjennom kanalene langs en skruelinjet strømningsvei på en slik måte at gassen unn-slipper gjennom perforeringene eller åpningene i hylsen. En utførelsesform har kanaler av hovedsaklig trekantede tverrsnitt (hvor slikt tverrsnitt er i et plan som innbefatter kjerneaksen.

Avgrenset langs en side av den sylindriske hylsen. Hylsen i denne utførelsesform har hull nær den øvre, smale enden av trekanten for utslipp av gass.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er der tilveiebragt en separator for separering av fluida av forskjellige tettheter fra en blanding av disse innbefattende midler til å definere minst en blandingsstrømningsvei som er skruelinjeformet eller på annen måte forløper langs og rundt en akse, og innbefattende et flertall utløp fra strømningsveien for det lettere fluidum, idet slike utløp er adskilt langs strøm-ningsveien og leder fra en radielt innerst beliggende del av strømningsveiens tverrsnitt.

Med oppfinnelsen vil en fluidumsblanding som føres gjennom strømningsveien ha tendens til å bli separert p.g.a. sentrifugalkrefter til en tyngre fraksjon, som er radielt beliggende utover, og en lettere fraksjon, som er radielt beliggende innad og kan fjernes gjennom utløpene. Fjerning av den lette fraksjon kan finne sted ved punkter langs strømningsveien. Den tunge fraksjonen forventes normalt å komme ut av strømningsveien ved enden av separatoren.

Fortrinnsvis er utløpene passasjer som forløper fra den radielt innerste delen utad mot det utvendige av strømnings-veien. På denne måte fjernes den lettere fraksjonen til å være utenfor strømningsveien for den tyngre fraksjonen. Når oppsamlet, kan den lette fraksjonen således lett ledes bort uten å måtte krysse strømningsveien for den tyngre fraksjonen, hvilket vil være av særlig viktighet hvis den tyngre fraksjonen medfører partikler av en hvilken som helst type.

I foretrukket utførelsesform er tverrsnittet av strømnings-veien i alt vesentlig trekantet. Trekanten kan ha en radielt forløpende side, en ytterside som er typisk parallell med nevnte akse, og en tredje side skråstillet relativt nevnte akse. Hvis separatoren anvendes med aksen vertikal, hvilket foretrekkes, selv om det ikke er vesentlig, fordi den kan eksempelvis ha sin akse horisontal, er den radielle siden fortrinnsvis trekantens grunnlinje. Den radielt innerste delen av strømningsveien er da ved den indre enden av passasjen, og utløpet leder derfra, fortrinnsvis i form av en passasje dannet under grunnlinjen. Foretrukne utførelsesformer har også en kanal i strømningsveien avgrenset av en leppe. Ettersom blandingen beveger seg frem langs strømningsveien, har den lette fraksjonen tendens til å passere inn i kanalen. Utløpene leder fra kanalen hvor disse er tilveiebragt.

Fortrinnsvis kan hvert utløp være lukket, eller stengt i en justerbar grad, slik at profilet av uttømningen av den lette fraksjonen langs strømningsveiens lengde kan styres. Separatoren kan omfatte en kjerne omgitt av en hylse. Kjernen kan ha en eller fortrinnsvis et flertall kanaler som er kuttet inn i den til å danne en eller et flertall strøm- ningsveier. Fortrinnsvis er hylsen sylindrisk, slik at strømningsveiene er spiralformete. Hylsen kan dannes som en indre og en ytre hylse, hver med åpninger og som er relativt dreibar for å justere graden av åpningenes overlapping.

Ytterligere utløp fra strømningsveien kan tilveiebringes ved smale partier av denne, eksempelvis ved trekantens topp når et trekantet tverrsnitt anvendes. Dette kan være nytte for å uttømme fluida slik som rensevæsker. Et ennu ytterligere sett av utløp kan tilveiebringes ved brede partier av strømningsveien, nyttig, hvis ønskelig, for uttømning av tunge fluida.

Utløpene for den lette fraksjonen, som nevnt, munner mot utsiden av separatoren, fortrinnsvis i et hus i hvilket separatoren befinner seg, for oppsamling. Hensikstmessige løsninger er omhandlet i ovennevnte britiske patentsøknad.

Oppfinnelsen er særlig passende for separering av gass fra olje ved et brønnhode. Man har funnet at, i det minste med disse fluida, kan effektiv separering oppnås hvis blandingen følger en vei som foretar to eller flere fullstendige dreininger om aksen, fortrinnsvis 2,5 eller mer. Man har funnet at hvis veien skråstilles 25 til 40°, fortrinnsvis 32° relativt aksen, oppnås gode resultater, selv om det er innlysende at variasjoner er mulige og for en hvilken som helst gitt blanding, trykk, strømningshastighet og strøm-ningsveiradiusen, en forskjellig vinkel kan representere den optimale. Et hvilket som helst antall strømningsveier kan anvendes på en enkelt kjerne, men i øyeblikket synes fem eller seks å være det beste.

Ved passering opp langs strømningsveien utsettes blandingen for sentrifugalkrefter, hvilke tvinger det tunge fluidum utad og det lette fluidum innad. Med det trekantede tverrsnittet tvinger i det minste formen den lette frak sjonen nedad inn i det radielt innerste hjørnet hvorfra utløpene fører den til utsiden. Den tunge fraksjonen tenderer mot det nedre av de to ytre hjørnene. Vidt der finnes en mellomliggende vektfraksjon kan denne være over den tunge, i den øvre toppen av trekanten.

En fordel med oppfinnelsen ligger i redusert skumming. Trykk kan styres ved utløpene slik at ingen skumming opptrer innenfor strømningsveien, og fraværet av gass vil redusere skumming i den tunge fraksjonen når den forlater separatoren .

Selv om den forestilles primært som en olje/gass-separator, kan oppfinnelsen anvendes på mange andre fluidumsblandinger, eksempelvis i meieri eller matvareindustrien, for avgassing av fluidumholdige kullpartikler eller ganske enkelt å være en anti-skummingsanordning, for anvendelse ved avgassing av en væske og/eller for fjerning av bobler i fluidumsdampen fra fluidumet.

Oppfinnelsen vil bli klarere forstått av den etterfølgende beskrivelse som er gitt i eksempelsform kun med henvisning til de vedlagte tegninger hvor: Fig. 1 er et utvendig og delvis bortkuttet riss av en separator dannet ifølge den foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 er et delvis snittriss tatt i planet vist med

II-II i fig. 1,

Fig. 3 er et perspektivisk snittriss, tilsvarende det i

fig. 2, av en alternativ utførelsesform, og

Eig. 4 ér et tverrsnittriss av den skruelinjeformede kjernen, i forstørret målestokk og tatt på linjen IV-IV i fig. 2

Idet det først henvises til fig. 1, er der vist en hovedsaklig sylindrisk ytre hylse 91 som har en skruelinjeformet rekke av åpninger i sin vegg. Åpningene er anbragt i seks sett 70, 71, 72, 73, 74 og 75, idet hvert sett forløper som et par rader som er skruelinjeformet rundt hylsens 91 overflate og de seks settene er aksielt forskjøvet.

Innenfor hylsen 91 er en kjerne 79 som har et sett av seks skruelinjeformete spor 80, 81, 82, 83, 84 og 85 som underligger de seks settene av henholdsvis åpningene 70-75. En av disse kanaler er vist i nærmere detalj i fig. 2, nemlig sporet 83 som underligger settet av åpninger 73 i hylsen 91. Som det vil fremgå av fig. 2 har det skruelinjeformete sporet 83 et hovedsaklig trekantet tverrsnitt definert av den indre flaten av hylsen 91, en hovedsaklig radiell andre side 77, og en tredje side 92 som forløper i en spiss vinkel relativt aksen. Denne tredje side representerer en hellende innvendig flate av sporet.

Ved det radielt innerste hjørnet av det trekantede tverrsnittet hvor siden 77 nærmer seg den skråstillede siden 92, finnes en bueformet overgang 78 og en kanal 76 dannes.

\

Hullene i settet 73 omfatter to rader av hull 73a, 73b. Åpningen i den første raden 73a er hosliggende det øvre hjørnet av det trekantede tverrsnittet av sporet 83, hvor tverrsnittet er radielt smalt, nær punktet hvor den skråstillede veggen 92 møter den indre flaten av hylsens 91 sylindriske overflate. Åpningene 73b i den andre raden kommuniserer med en boring 93 som er parallell med bunn-veggen 77 og munner inn i kanalen 76 på det radielt indre hjørnet derav. Den indre endingen av boringen er i en vegg av kanalen 76, hvilken vegg har en leppe ved sin toppkant hvor kanalen i realiteten ender og hoveddelen av sporet begynner.

Ved bruken av separeringsanordningen innføres en blanding av gass og olje inn i og strømmer i sporet 80-85 i kjernen 79 innad relativt hylsens 91 indre flate. Kombinasjonen av aksielle og sentrifugalkrefter bevirker det tyngre fluidum, f.eks. olje, til å oppta den radielt ytre del av sporene, som vist med det prikkede området i fig. 2 identifisert med henvisningstallet 94. Den gjenværende del av kanalsnittet vil være fylt med det lettere fluidum, f.eks. gass under trykk som, slik det vil fremgå av fig. 2 vil stå i forbind-else med åpningene 73b gjennom passasjene 93. Således ledes det lette fluidum, slik som gass, til utsiden og det tunge fortsetter til toppen og ut av sporene.

Rundt utsiden av den sylindriske hylsen 91 kan der tilveiebringes hensiktsmessige filtre og klaffer (ikke vist) for den ytterligere separering av eventuell olje eller annet tungt fluidum som kan være ført med gassen eller den lettere fraksjon. Slik medføring vil kun være liten: i realiteten har man oppnådd separasjonsfaktorer inntil 92\ under anvendelse av forminsket tettutstyr.

I visse tilfeller kan olje/gassblandingen innbefatte en proporsjon av vann. Under drift av apparatet for olje/gass-separasjon, vil eventuelt vann som medføres med gass/olje-blandingen også bli kastet radielt utad ved den skruelinjeformete bevegelsen av blandingen gjennom sporene 80-85, men ettersom det er av større tetthet enn oljen vil det ha tendens til å bli akkumulert på utsiden og på bunnen, dvs. på den radielle flaten 77. For å tillate dette vannet å unnslippe, kan der tilveiebringes en tredje rad av åpninger 73c plassert like over veggen 77. En slik utformning er vist i utførelsesformen i fig. 3. Utløpet 73a vil i realiteten normalt holdes lukket, og er virkelig ikke vesentlig, selv om det er nyttig for rengjøringsformål, når sporene spyles gjennom med rengjøringsfluidum.

For ytterligere styring av apparatet, kan hylsen 91, som vist i fig. 2 og fig. 3 dannes i to deler omfattende en indre hylse 91b omgitt av en ytre kledning 91a. Delene av åpningene 73a, 73b, i utførelsesformen i fig. 2 og 73a, 73b, 73c i utførelsesformen i fig. 3 i hylsen og kledningen kan så, hvis ønskelig forskyves fra hverandre enten ved relativ aksiell bevegelse av de to hylsedelene 91a, 91b eller ved relativ dreiebevegelse av de to hylsene i en grad som høyst trenger å være ikke mer enn lik diameteren av selve åpningene, idet det antas at disse alle er av samme diameter, hvilket nødvendigvis ikke trenger å være tilfellet. Ytterligere styring kan tilveiebringes hvis åpningene i en rad ikke er adskilt med regelmessige mellomrom, men adskilte med gradvis økende eller avtagende intervaller som er forskjellige på den ytre kledningen 91a i forhold til den indre kledningen 91b, slik at større dreiebevegelse og en finere styring av det totalt tilgjengelige åpningsareal kan utføres. Dette tillater styring av unnslippingsarealet for oljen og gassen og kan anvendes til å ivareta variasjoner i det innkomne trykk av olje/gassblandingen, slik at forhold-ende innenfor innsiden av sporene 80-85 kan normaliseres til tross for variasjonen i det innkomne trykk. Alternativt kan åpningene 73a, 73b, 73c, anbringes forskjøvet i forhold til hverandre langs de skruelinjete radene slik at det tilgjengelige åpningsarealet pr. lengdeenhet av et hvilket som helst av sporene 80-85 varierer langs separatorhylsens aksielle lengde for å ta i betrakning det faktum at gass og olje-blandingen som kommer inn eksempelvis ved bunnen av apparatet, gradvis vil unnslippe gjennom åpningene slik at trykk ved den øvre delen av appparatet vil være mindre enn ved den nedre delen av apparatet.

Selv om skruelinjer med en venstregjenging er blitt vist i fig. 2, vil det forstås at venstre eller høyregjengede skruelinjer kan anvendes og en høyregjenget skruelinjet er blitt vist i fig. 3. Fig. 3 viser formen av sporene 83, kanalene 76 og boringene 93 som kommuniserer mellom disse kanaler 76 og åpningene 73b i den ytre hylsen 91.

Fig. 4 illustrerer tverrsnittsformen av kjernen 79, hvilket gir en ytterligere innsikt i formen av sporene 80-85 deri og formen av kanalen 76 dannet ved det radielt innerste parti av hver kanal.

Separatoren ifølge oppfinnelsen kunne anvendes til å separere faste partikler av ulik tetthet innenfor et fluidum.

Claims (10)

1. Separator for separering av fluida av ulike tettheter fra en blanding derav, karakterisert ved midler til å definere minst en blandingsstrømningsvei (80-85) som er skruelinjeformet eller på annen måte forløper langs og rundt en akse, og et flertall av utløp (73b) fra strømnings-veien for det lettere fluidum, idet slike utløp er adskilt langs strømningsveien og leder fra et radielt innerste parti av strømningsveiens tverrsnitt.

2. Separator som angitt i krav 1, karakterisert ved at utløpene er passasjer (93) som forløper fra nevnte radielt innerste partier utad mot strømningsveiens utside.

3. Separator som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at strømningsveiens (80-85) tverrsnitt tatt i et plan innbefattende nevnte akse, er hovedsaklig trekantet.

4. Separator som angitt i krav 3, karakterisert ved at tverrsnittet har en side (77) som er hovedsaklig radiell, en ytterste side (91) som er i alt vesentlig parallell med nevnte akse, og en tredje side (92) som er skråstillet relativt nevnte akse.

5. Separator som angitt i krav 3 eller 4 beregnet for bruk med nevnte akse i alt vesentlig vertikal, karakterisert ved at trekantens spiss er øverst og nevnte utløp (73b) er ved bunnen.

6 . Separator som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter et kanalparti (76) strømningsveien ved det radielt innerste parti derav og en leppe som avgrenser kanalen (76).

7 . Separator som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter et justerbart stopporgan for hvert utløp, hvorved trykk langs strømningsveien kan styres.

8. Separator som angitt i et hvilket som helst foregende krav, karakterisert ved at den innbefatter et flertall av nevnte andre utløp (73a) fra strømningsveien adskilt langs denne og plassert ved posisjoner hvor strøm-ningsveien er smalere i tverrsnitt.

9 . Separator som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter et tredje flertall av utløp (73c) fra strømningsveien adskilt langs denne og plassert ved posisjoner hvor strømningsveien er bred i tverrsnitt.\

10. Separator som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at den er i form av en kjerne (79) med en eller et flertall strømningsveidefine-rende kanaler (80-85) dannet i denne og en omgivende hylse (91) til å definere de ytterste veggene av strømningsveien eller strømningsveiene, idet hylsen omfatter et eller to hylseorgan (91a, 91b) forsynt med et flertall åpninger (70-75) som tilsvarer minst nevnte første flertall av utløp og valgfritt nevnte andre og/eller tredje flertall av utløp.